Розмір шрифту: 

Закономірності зародження та розповсюдження тріщин вивчали на сталях, які містять від 0,06 до 0,35% масової частки вуглецю; 0,03…2,69% кремнію; 0,10…2,54% марганцю; 0,10…3,06% хрому; 0,012…0,030% азоту; 0,001…0,028% кисню; 0,015…0,037% сірки; 0,004…0,025% фосфору, до 0,26% ванадію.
Експерименти проводили на установці, яка складається з сирої піщано-глинястої ливарної форми, в якій формується ступінчаста модель, двох болтів для односторонньої фіксації усадки металу, пружно деформованої пластини, що створює утруднену усадку металу.
Приймаючи, що утворення тріщин залежить значною мірою від дисперсності дендритної (lст, 2; lд) і аустенітної (dа) структури, а також від таких характеристик ливарної усадки як температура початку усадки після передусадкового розширення (tну) і величина усадки в момент зародження тріщин (Клу(tну-tв)), визначили кількісні закономірності такого впливу на верхню межу температурної області гарячоламкості (tв), напруження (з) і відносне подовження (з), при якому відбувається зародження тріщин.
Рівняння мають такий вигляд:

(1)

(2)

(3)

Регресійний аналіз показав, що між нижньою (tн) і верхньою (tв) межею інтервалу гарячоламкості, а також відстанню між гілками другого порядку (2) і розміром зерна аустеніту (dан) з імовірністю 99% існує наступний кількісний зв'язок:

(4)

Деформація виливка від моменту початку утворення тріщин до переходу до внутризеренного руйнування з імовірністю 99% визначається дисперсністю дендритної структури та розміром зерна аустеніту при температурі верхньої (dав) і нижньої (dан) границі гарячоламкості:

(5)

Приймаючи за основу сталь 20ХГСЛ, визначили ефективність впливу легувальних елементів і перегрівання розплаву над температурою ліквідус на вищенаведені характеристики процесу.
Аналіз розрахунків показує, що зміна легувальними елементами характеристик ливарної усадки, а також дисперсності дендритних і аустенітної структури така, що зі збільшенням вмісту в сталі вуглецю, кремнію, марганцю і хрому спостерігається тенденція до зміщення верхньої межі інтервалу гарячоламкості в область більш низьких температур.
Такий вплив елементів пов'язано, в основному, зі зміною ефективності зниження ними температури початку усадки після передусадкового розширення і диспергування дендритної і аустенітної структури. Щодо збільшення середньої питомої ефективності впливу, елементи можна розташувати в наступній послідовності: Si, Mn, Cr, C, V, V+N, N.
Аналіз напруження, при якому відбувається зародження тріщини (з) показує, що вплив елементів такий, що з ростом вмісту в сталі хрому, кремнію, вуглецю і азоту напруження з монотонно збільшується, в той час як при легуванні марганцем, ванадієм і спільно ванадієм і азотом спостерігається екстремальна залежність. Питому ефективність впливу елементів на зміну з можна представити у вигляді такої послідовності: Cr, Mn, Si, V, N + V, N, C.
Аналізуючи вплив елементів на відносне подовження необхідно позначити, що легування стали 20ХГСЛ вуглецем, хромом і азотом призводить, в основному, до монотонного зниження; ванадієм і спільно ванадієм і азотом до підвищення, а кремнієм і марганцем до екстремальної зміни пластичності металу. За питомою ефективністю впливу елементи можна розташувати в наступній послідовності: Cr, Si, Mn, C, V, V + N, N.
Аналіз впливу легувальних елементів на нижню межу інтервалу гарячоламкості (tн) показує, що якісний вплив елементів на температуру tн, за винятком спільного легування стали азотом і ванадієм, аналогічно їх впливу на tв. Зворотня закономірність впливу спільного легування сталі азотом і ванадієм вказує на істотний внесок характеристик структури металу в основному, мабуть, відстані між гілками другого порядку в зміну температури tн, оскільки відомо, що їх зменшення супроводжується диспергуванням оксисульфідних вкраплень, яке призводить до зміщення нижньої межі інтервалу гарячоламкості в область більш високих температур.
Зміна в результаті легування границь інтервалу гарячоламкості така, що зі збільшенням вмісту в сталі вуглецю, кремнію, марганцю, хрому та ванадію температурна область утворення і зростання тріщин розширюється, в той час як при введенні в сталь азоту, а також спільно азоту і ванадію до VN = 0,005 інтервал гарячоламкості істотно звужується. Щодо збільшення середньої питомої ефективності впливу, елементи можна розташувати в наступній послідовності: Si, Mn, Cr, V, C, V + N, N.
Збільшення вмісту вуглецю в сталі при перегріванні над температурою ліквідусу на 14 оС практично не впливає на зміну деформації виливка від моменту зародження тріщин до переходу до внутризеренного руйнування, в той же час при перегріванні на 61 оС підвищення вмісту вуглецю від 0,2 до 0,4% призводить до збільшення розміру тріщин в 2,5 рази. Необхідно відзначити ефективний вплив азоту, збільшення вмісту якого від 0,005% до 0,035% призводить до зменшення абсолютної деформації виливка в інтервалі гарячоламкості в 5,1…5,8 рази. Це вказує на те, що ефективне диспергування дендритної структури, що спостерігається при легуванні сталі азотом, має суттєвий вплив на гальмування процесу зростання тріщин в інтервалі гарячоламкості. Щодо збільшення середньої питомої ефективності впливу елементів на зміну деформації виливка в інтервалі гарячоламкості (dlхр), їх можна розташувати в наступній послідовності: Cr, Si, Mn, V, C, V + N, N.
Легування сталі ванадієм і азотом призводить до екстремальної зміни температури верхньої межі області гарячоламкості конструкційних сталей з екстремумами при 0,1% ванадію і 0,02% азоту. У разі спільного легування сталі азотом і ванадієм також спостерігається екстремальна зміна температури tв з максимальним її зниженням при вмісті в сталі 0,02% азоту і 0,15% ванадію (VN = 0,003) (рис. 1). Збільшення перегрівання розплаву над температурою ліквідусу (dtl) підвищує ефективність спільного впливу азоту і ванадію. Так якщо при dtl = 44 °C і VN = 0,003 зниження tв становить 39 °C, то при dtl = 69 °C ефективність спільного впливу азоту і ванадію збільшується в 2,3 рази і становить tв = 90 °C.
У висновку слід зазначити, що аналіз впливу легувальних елементів на процес утворення і розвитку тріщин у виливках в процесі охолодження після затвердіння показує, що найбільш оптимальна цілеспрямована зміна характеристик процесу досягається при спільному легуванні сталі азотом і ванадієм.



Рис. 1. Вплив V + N і перегрівання над температурою ліквідусу на характеристики гарячоламкості сталі 20ХГСЛ